PLC编程教程专业知识讲座

PLC编程及应用史运涛第1页第一章PLC介绍PLC应用广泛性与主要性;什么是PLC;PLC实现两大类控制;PLC由来和历史;国外主要PLC厂商(??作业自己查一下);PLC主要特点;PLC某些高级话题(…)第2页PLC应用广泛性与主要性PLC应用广泛性当代流程工业(化工,电力,冶金等)离散制造业(汽车,大型装备制造,家电行业)物流(货舱控制)…农业,气象,航天领域…PLC主要性主要专业课必须掌握工作技能第3页PLC是什么—PLC在工厂(感性结识)某钢铁公司工业加热炉现场第4页PLC是什么—PLC在工厂(感性结识)某钢铁公司锅炉现场和加热炉现场第5页PLC是什么?Programmablelogiccontroller可编程逻辑控制器计算机控制系统基于PC总线工业控制计算机基于单片机开发测控装置集散控制系统DCS现场总线FCSPLC-thenewcontroller?ForindustryapplicationYes!!？Question:基于DSP等专用处理器设计运动控制系统第6页PLC是什么?-IEC标准定义(1)数字运算操作电子系统,专为工业环境下应用设计(2)采取可编程程序存放器,用来在其内部存放执行逻辑运算,次序控制,定期、记数和算术运算操作指令。(3)通过数字式,模拟式输入、输出控制各类型机械或生产过程(4)按易于使工业控制系统形成一种整体,易于扩充其功能标准设计.第7页PLC实现两大类控制逻辑变量-次序控制(下列图所示)模拟量调整(如PID)如过程变量(如温度,流量,压力,液位)广泛应用于冶金,化工,电力,食品…第8页PLC由来和历史有关PLC疑惑

从我们对于实际工厂自动化能够看出,PLC(programmablelogiccontroller是广泛用在自动化领域内控制器.它不但能够根据系统工艺要求实现工业过程次序控制,还能够实现温度,流量,压力,液位等模拟量控制!？Question:为何PLC即能控制模拟量又可控制逻辑变量,只强调可编程逻辑控制器answer:PLC开始是从继电器逻辑控制而来,主要是来实现次序控制,后来模拟量控制是与DCS融合成果,历史原因!第9页PLC由来和历史(1)继电器控制(2)问题它是用弱电信号控制强电电力控制系统(如下列图所示)复杂;故障查找和调试都是十分麻烦;通用性和灵活性差;项目改造工期长费用高。第10页PLC由来和历史(3)处理方案-PLC(创新)这些问题需要谋求一种新控制装置来取代传统继电器控制,使得电器控制系统愈加灵活,适应于工艺变动.能用在工业现场;能变化其控制”逻辑”,而不需要改动组成他元件和修改内部接线;出现故障易于诊断和维护(与IEC标准定义相印证)第11页PLC主要特点编程办法简单易学功能强,性能价格比高硬件配套齐全,顾客使用方便,适应性强可靠性高,抗干扰能力强系统设计,安装,调试工作量少维修工作最小,维护方便体积小,能耗低第12页可编程控制器发展趋势高性能,高速度,大容量微型化分布式I/O和智能I/O分布式I/O灵活连接现场设备处理远程控制与分散控制第13页分布式I/O-ET200M分布式I/OET200M安装在控制室或现场采取S7-300系列完整I/O产品体系用于防爆区内本安模板ExHART协议模拟量输入模板通过PROFIBUS-DP连接AS与I/O可选光缆连接通信线缆冗余第14页分布式I/O-ET200iS2xAOHART2xAIHART2xAIRTD2xAO0...20mA4xDINamur防爆区域处理方案第15页可编程控制器发展趋势可编程程序控制器编程语言标准化PLC网络化其他趋势(高级话题)第16页PLC某些高级话题PLC在整个当代自动化工厂所处地位,与工厂综合自动化(后边展开).PLC,PC,工业PC,(甚至单片机,ARM,DSP,CPLD)有什么区分与联系?假如不但仅考虑应用那么我们是否能够开发出PLC-国内浙大中控,安控等开发出PLC产品(??思考题).基于PC软PLC研究方向与产品(siemenseWinAC,研华ADAM-5501/P30等)(作业查资料)在PLC控制系统中所包括3C(computer,control,communication).第17页工厂综合自动化-概貌(ERP-MES-PCS)SAPR/3@

@

OfficeLANEthernetOfficeLANEthernet工厂维护

工厂信息@PCS7/

OPC-ServerInternet/Intranet工厂优化先进控制软件包OS-LANEthernetOS客户机/多客户机OS-服务器

(冗余)批处理服务器/客户机服务器ESSIMATICPDMEngineering

ToolsetOS单站

(多屏)IndustrialEthernet/FastEthernetPROFIBUS-PAET200M

Fail-SafeDP/PA-LinkAS414F/FH

AS417F/FHET200MPROFIBUS-DPPROFIBUS-DPCOx,NOx,...AS417

AS416

AS414ET200M

Ex-I/O

HARTPROFIBUS-DPDP/PA-

LinkET200iSPROFIBUS-PAPROFIBUS-DPOSOPAS414H

AS417HET200MPROFIBUS-DPDP/PA-LinkPROFIBUS-PAY-LinkCOx,NOx,...OS

ESPCS7

启动包AS414第18页工厂综合自动化-简化ET200M标准接口MIS,ERP,资产管理控制器S7-400工业以太网SIMATICPCS7工程师站SIMATICPDM:-PROFIBUS-PA

-PROFIBUS-DP-HARTPROFIBUS-PA现场设备SIPARTPSSITRANSPPROFIBUS-DP现场总线PROFIBUSDPSIPOS3,5SIPARTDRSIMOVERTSIMOCODEDP/PA-LinkET200iS4-20mA/HART4-20mA/HARTI/Omodule4-20mA/HARTSITRANSF第19页徐州炼焦气化厂系统配备图焦炉控制室东厂调度室硫铵控制室冷凝控制室粗苯控制室煤气鼓风机控制室ET200MET200MET200MET200MET200MET200MET200MET200MOLM工程师站冗余环形工业以太网100M/S煤气鼓风机操作站操作站操作站AS-414H冗余控制站冗余PROFIBUS-DP光纤煤塔计量红外测温

厂级管理系统推焦管理操作站操作站操作站操作站操作站ET200MET200MET200MET200MET200M第20页PLC控制所体现3C第21页本节主要内容小结什么是PLCPLC实现两大类控制PLC由来和历史主要PLCPLC主要特点PLC控制在整个工厂综合自动化层次第22页本课程重点内容本课程将以西门子s7-200PLC为例,重点来学习下列内容PLC硬件组成和工作原理（难点）PLC指令系统与编程初步PLC次序控制程序设计技术（难点）PLC模拟量控制PLC在工业过程中应用问题第23页第2章

PLC硬件构造与工作原理第24页2.1PLC硬件构造整体式PLCCPU模块，I/O模块和电源模块在一种箱形机壳内。模块式PLC1.物理构造第25页2.CPU模块存放器随机存放器（RAM）

读/写；掉电丢失；工作速度快；只读存放器（ROM）

读/不能写，掉电保存能够电擦除可编程只读存放器（EEPROM）

读/写；非易失性；随机存取存放器系统包括：系统程序存放器和顾客程序存放器。系统程序是PLC操作系统，存在ROM中。顾客程序是由顾客编写系统程序。第26页3.I/O模块输入模块（见图2-3）

(1)1M是同一组输入点内部电路公共点；

(2)内部有RC滤波电路；

(3)原理；

(4)包括直流输入和交流输出；第27页3.I/O模块输出模块（见图2-4，2-5）第28页输出模块数字量输出电路功率元件包括：小型继电器和场效应管原理特点

(1).继电器输出模块电压范围广，承受过载能力强，动作速度慢

(2).场效应管用于直流负载，可靠性高，反应速度快，寿命长，过载能力差。第29页2.2PLC工作原理用触点和线圈实现逻辑运算第30页1.用触点线圈实现逻辑运算第31页PLC梯形图程序第32页PLC工作模式PLC工作模式；

RUN模式：执行顾客程序；

STOP模式：创建和编辑顾客程序，设置PLC硬件功能，并将顾客程序和硬件设置信息下载到PLC变化工作模式办法；用模式开关变化工作方式；用STEP7-Micro/WIN32软件变化工作方式；在程序中变化工作模式；第33页PLC工作原理读取输入执行顾客程序通信处理CPU自诊断测试改写输出中断程序处理立即I/O处理第34页PLC工作原理扫描工作方式读取输入(1)过程映像区(2)读取过程：读取数字量输入状态（ON/OFF)

外部输入电路闭合：过程映像为1，梯形图常开触点接通，常闭触点断开；

外部输入电路断开：过程映像为0，梯形图常开触点断开，常闭触点接通；第35页PLC工作原理执行顾客程序（1）读I/O映像寄存器以及其他位元件；（2）执行指令，进行逻辑运算（从左到右,从上到下）；（3）运算成果写入映像寄存器；注意（1）在程序执行过程中，输入变化不影响成果；（2）I/O映像寄存器长处；

第36页PLC工作原理通讯处理

处理从通信接口或智能模块接收到信息，读通信数据放缓充区；CPU自诊断测试

（1）自动定期检查CPU模块操作和扩展模块操作；（2）复位监控程序（看门狗程序）改写输出

将输出过程映像寄存器0/1状态传送到输出模块并锁存起来

第37页PLC工作原理中断程序处理

中断发生，CPU停顿正常扫描工作模式，立即执行中断功能；立即I/O处理直接存取I/O点；（1）立即读I/O指令读输入点值时，输入过程映像寄存器值不被更新；（2）立即写输出点，输出映像更新；

第38页PLC工作过程举例第39页PLC工作过程举例读取阶段

CPU将SB1，SB2常开触点ON/OFF读入对应过程映像区。执行顾客指令；修改输出阶段；

CPU将各输出过程映像寄存器中二进制传送给输出模块并锁存起来。

第40页输入输出滞后时间滞后时间概念:

系统响应时间，PLC外部输入信号发生变化时刻至它控制有关外部输入信号发生变化时刻之间时间间隔。组成:

滞后时间=输入电路滤波时间+输出电路滞后时间+扫描工作模式滞后时间各部分分析:

第41页2.3S7-200系列CPUS7-200新产品介绍；CPU模块；数字量扩展模块；模拟量扩展模块与热电偶，热电阻扩展模块；STEP7-Micro/WIN编程软件与显示面板第42页2.4PLC安装模块安装与拆卸本机I/O与扩展I/O地址分派S7-200外部接线与电源选择；第43页交流电源于直流电源外部接线第44页对于感性负载处理第45页2.5习题(1)可编程序控制器主要由——、——、——和——组成。

(2)继电器线圈“断电”时，其常开触点——，常闭触点——o(3)外部输入电路接通时，对应输入映像寄存器为——状态，梯形图中对应常开触点——，常闭触点——o

第46页

(4)若梯形图中输出Q线圈“断电”，对应输出映像寄存器为——状态，在修改输出阶段后，继电器型输出模块中对应硬件继电器线圈——，其常开触点——，外部负载——。

2．整体式可编程序控制器与模块式可编程序控制器各有什么特点?分别适用于什么场所？

3.RAM与EEPROM各有什么特点?使用RAM存放顾客程序时应注意什么问题?2.5习题第47页4.交流数字量输入模块与直流输入模块分别适用于什么场所?5.数字量输出模块有哪几个类型?它们各有什么特点?6.简述可编程序控制器扫描工作过程。2.5习题第48页输出寄存器输入寄存器处理祈求\自诊断检查输出模块接触器KM10执行程序01第49页第3章

PLC程序设计基础第50页主要解说内容PLC编程语言与程序构造;存放器数据类型与寻址方式;PLC编程基本指令系统;位逻辑指令;定期器指令,计数器指令;传送指令,移位指令等；第51页3.1PLC编程语言与程序构造PLC编程语言国际标准IEC61131-3次序功能图（SFC）：分析，设计基本办法；梯形图（LAD)：本门课程主要办法；功能块图(FBD)指令表(STL)构造化文本(ST)

第52页次序功能图SFC与梯形图LAD1.次序功能图（SFC)次序功能图是分析，设计数字量控制基本办法步，转化，动作是次序功能图三种元件。2.梯形图(LAD)梯形图是使用最多PLC编程语言。触点，线圈和方框图表达；第53页语句表（STL）S7系列PLC将指令表称为语句表。（1）使用与汇编语言相同助记符体现式（2）语句表能够和梯形图互相转化第54页PLC程序构造PLC程序构造

S7-200CPU控制程序由主程序，子程序和中断程序组成；主程序：(OB1)每个项目只有一种主程序，在主程序中能够调用子程序和中断程序；子程序：可选指令集合，仅在被其他程序调用时执行。中断程序：中断程序不是被主程序调用，他们在中断事件发生时由操作系统调用；第55页3.2存放器数据类型与寻址方式数据在存放器中存取方式1.位，字节，双字2.数据存取方式第56页存放器数据类型与寻址方式CPU存放区输入，输出过程映像（I/Q)变量存放器,位存放区（V/M）定期器，计数器，高速计数器（T/C/HC）累加器(AC),特殊寄存器(SM),次序控制继电器(S)局部存放器(L)模拟量输入，模拟量输出（AI,AQ)第57页常数与字符串体现格式常数表达办法与范围第58页存放器寻址方式直接寻址（只讲此种寻址方式）

能够按照字节(B)，字(W)，双字(DW)方式存取V,I,Q,M,S,SM存放器；举例：VB100,VW100(VB100,VB101),VD100(VB100,VB101,VB103,VB104)第59页输出指令与其他指令输出立即输出置位，复位立即置位，立即复位其他指令（取反NOT,跳变，空操作）第60页S7-200常见梯形图指令NOTPN常开触点常闭触点取反立即常开正跳变负跳变立即常闭（）（R）（RI）（）Ｉ（）S（）SI输出立即输出置位立即置位复位立即复位第61页立即输出：只能用于输出量（Ｑ），执行该指令时，将栈顶值立即写入指定物理输出位和对应输出过程映像区置位与复位：从指定位地址开始N个位地址都被置位（变为１）或复位（变为０）；（）Ｉ（）S（）R第62页立即置位与立即复位执行SI或RI指令时，从指定位地址开始N个连续物理输出点将被立即置位或复位，N=1—128该指令只能用于输出量Q，新值被同步写入对应物理输出点和输出过程映像区立即触点：立即触点指令只能用于输入量I，执行立即触点指令时，立即读入物理输入点值，根据该点值决定触点接通/断开。立即出点指令并不更新物理输入点对应输入过程映像区值（RI）（）SI第63页定期器与计数器指令定期器指令(1)接通延时定期器接通延时定期器（TON）使能输入端（IN）输入电路接通时开始定期。目前值大于等于预置设定值时，定期器位变为ON，梯形图中对应定期器常开触点闭合，常闭触点断开。达成设定值后，目前值仍然计数，直到最大值32767输入电路断开后，定期器自动复位，目前值清零，定期器为变为OFF.d第64页定期器与计数器指令（2)断开延时定期器指令断开延时定期器(TOF),用来在IN输入电路断开后延时一段时间后，再使定期器变为OFF接在定期器IN输入端输入电路接通时，定期器位变为ON,目前值被清零。输入电路断开后，开始定期，目前值从0开始增大。目前值等于设定值，输出位变为OFF,目前值保持不变，直到输入电路接通。第65页定期器与计数器指令（3)保持型接通延时定期器保持型接通延时定期器输入电路接通时，开始定期。目前值大于等于设定值时，定期器位变为ON，达成设定值后，目前值仍然继续计数直到达成32767注意：只能用复位（R）指令来复位，使它目前值变为0，同步使定期器位为

OFF第66页定期器与计数器指令计数器指令(1)加计数器(CTU)当复位输入(R)电路断开，加计数器脉冲输入(CU)电路由断开变化为接通（即CU信号上升沿），计数器目前值加1，直至计数最大值32767。目前值大于等于设定值(PV)时，计数器为被置1。当复位输入（R）为ON或执行复位指令时，计数器被复位，计数器位变为OFF,目前值被清零。第67页定期器与计数器指令计数器指令(2)减计数器(CTD)在减计数脉冲上升沿（从OFF到ON),从设定值开始，计数目前值减1，减至0时，停顿计数，计数器位被置1。装载输入（LD）为ON时计数器位被复位，并把设定值装入目前值。第68页定期器与计数器指令计数器指令(2)加减计数器(CTD)在加计数脉冲（CU）上升沿，计数器目前值加1，在减计数脉冲输入（CD）上升沿，计数器目前值减1，目前值大于等于设定值时，计数器位被置位。当复位输入为ON时，或对计数器执行复位指令时，计数器被复位。第69页第70页数据传送指令第71页第72页

1.字节,字和实数传送这些指令将输入数据(1N)传送到输出(OUT)，传送过程中不变化数大小．

2.字节,字,双字块传送指令

块传送指令将从输入地址(1N)开始N个数据传送到输出地址(OUT)开始N个单元，N＝1—255，N为字节变量

.

3.字节交换指令

字节交换SWAP(SwApBytes)指令交换输入字(1N)高字节与低字节。

第73页4.字节立即读写指令字节立即读MOV_BIR(MoveBytelmmediateRead)指令读取IN输入端给出1个字节物理输入点(1B)，并将成果写入OUT。字节立即写MOV_BIW(MoveBytelmmediateWrite)指令将输入(1N)给出1字节数值写入OUT端给出物理输出点(QB)。两条指令IN和OUT都是字节变量。第74页移位与循环指令第75页移位指令与循环指令移位指令将输入IN中数据各位向右或向左移动N位后送给输出OUT,移位指令对移出位自动补‘0‘循环移位是环形，即被移出来位将返回到另一端空出位置。第76页第77页第78页第79页定期器与计数器指令定期器指令(1)接通延时定期器接通延时定期器（TON）使能输入端（IN）输入电路接通时开始定期。目前值大于等于预置设定值时，定期器位变为ON，梯形图中对应定期器常开触点闭合，常闭触点断开。达成设定值后，目前值仍然计数，直到最大值32767第80页定期器与计数器指令（2)断开延时定期器指令断开延时定期器(TOF),用来在IN输入电路断开后延时一段时间后，再使定期器变为OFF接在定期器IN输入端输入电路接通时，定期器位变为ON,目前值被清零。输入电路断开后，开始定期，目前值从0开始增大。目前值等于设定值，输出位变为OFF,目前值保持不变，直到输入电路接通。第81页定期器与计数器指令（2)保持型接通延时定期器保持型接通延时定期器输入电路接通时，开始定期。目前值大于等于设定值时，定期器位变为ON，达成设定值后，目前值仍然继续计数直到达成32767第82页定期器与计数器指令计数器指令(1)加计数器(CTU)当复位输入(R)电路断开，加计数器脉冲输入(CU)电路由断开变化为接通（即CU信号上升沿），计数器目前值加1，直